Імунологія

План

1.Теорія Ф. Бернета «Декілька генів -- один поліпептидний ланцюг».

2.Кодування легких ланцюгів імуноглобулінів.

3.Кодування важких ланцюгів імуноглобулінів.

4.Характеристика класів імуноглобулінів.

Основні поняття: імуноглобулін, важкий ланцюг, легкий ланцюг, класи імуноглобулінів.

1. Теорія Ф. Бернета «Декілька генів -- один поліпептидний ланцюг»

Молекулярна будова імуноглобулінів вивчена ще в 60-70-х рр. завдяки роботам англійського вченого Р. Портера і американського вченого Д. Едельмана. При цьому було показано, що конформаційна варіабельність VL і VH районів легких і важких ланцюгів визначається різним складом їх амінокислот в їх первинних структурах. Особливість будови активного центру антитіл не залежить від ізотипів важких ланцюгів (γ, α, μ, σ, ε) і легких ланцюгів (λ и χ), а залежить від ступеня його компліментарності з антигенною детермінантою антигену. Так, антитіла, що відносяться до одного і того ж класу імуноглобулінів, наприклад, ІГG, але спрямовані проти різних А, В, С антигенів, мають різну будову активного центру. У той час як антитіла різних класів імуноглобулінів, наприклад: ІГG А, М, які спрямовані проти одного і того ж антигену, наприклад, А мають подібний амінокислотний склад VL і VH відділів та Н-ланцюгів, а, отже, і просторову будова активного центру. Даний феномен довго залишався загадкою поки панував в молекулярній біології постулат Бідля-Бензер-Татума «один ген -- один поліпептидний ланцюг».

Виходячи з тупикової ситуації, в теорії кодування різноманітності імуноглобулінів відомі імунологи У. Драй і Ф. Бернет висловили ще в 1965 р. сміливе припущення про те, що V і С райони важких і легких ланцюгів кодуються не одним, а двома відповідними генами. При цьому є декілька (але обмежена кількість генів), які між собою перекомбіновуються при синтезі імуноглобулінів. Дане геніальне припущення підтвердилося, і стало правочинним постулатом: «кілька генів -- один поліпептидний ланцюг».

Встановлено, що гени Н і L -- ланцюгів згруповані у вигляді кластерів (груп) і локалізовані в геномі людини на різних хромосомах: гени Н-ланцюгів на хромосомі 14, гени легкого ланцюга χ-типу -- на хромосомі 2, гени легкого ланцюга λ-типу -- на хромосомі 22. У кожній з цих хромосом є набір V і С генів у вигляді кластерів, що кодують відповідно V і С ділянки даного ланцюга ІГ. Але організація цих кластерів для Н і L ланцюгів істотно відрізняється. Крім того, організація генів у стовбурових і напівстовбурових попередників В-лімфоцитів відрізняється від зрілих диференційованих В-лімфоцитів і в плазматичних клітинах, в яких синтезуються антитіла.

2. Кодування легких ланцюгів імуноглобулінів

Організація V і С генів у легкий ланцюгах χ-типу.

Виявлено 200 У-генів I підгрупи розташованих в хромосомі тандемно івідокремлених один від одного не кодуючими послідовностями нуклеотидів (інтронами). Вони згруповані в 5 груп, кожна з яких кодує відповідні гіперваріабельні і константні домени. Самі У-гени являють собою екзони (кодують амінокіслоти, нуклеотидні послідовності). Дані екзони кодує до 97 амінокислот У-області. В той час, коли усю У-ділянку L-ланцюга займає 110 амінокислот. Решта 13 амінокислот кодують j-гени (yoining-genes) -- з'єднуючі гени. Ці гени кодують частину останньої гіперваріабельної ділянки повного У-гена. Для χ-ланцюга виявлено 5 j-генів, відокремлених один від одного інтронами, однак активних з них 4 j-гени з'єднують У-гени з С-генами, С-ген для χ-ланцюга унікальний (І -- на гаплоїдний набір, відділений від γ-гену великим інтроном).

Організація λ-генів подібна χ-генам. Відмінність полягає в наступному:

1.) Менша кількість У-генів (виявлено 20).

2.) I j-ген. В ході проліферації і диференціювання стовбурових клітин у В-лімфоцитa відбувається випадкове об'єднання (рекомбінація) одного з У-генів з одним із j-генів. В утвореному транскриптоні С-гени все ще відокремлені від комплексу У-генів інтронoм.

Отриманий транскриптон ДНК транскрибується ферментом РНК-полімеразою з утворенням незрілої про-і-РНК, яка копіює ДНК транскриптон. З неї в ході дозрівання, тобто процесингу, утворюється зріла і-РНК, в якій видалено інтрон і об'єднані в один ланцюг У-j-С-гени. Вона виходить з ядра і слугує матрицею для синтезу білка, тобто ланцюги χ-типу в процесі трансляції.

3. Кодування важких ланцюгів імуноглобулінів

Організація V і С генів Н-ланцюгів.

Організація Н-генів ще складніша. Так в стовбуровій клітині виявлено 3 різних підгрупи кластерів генів, що беруть участь в кодуванні У-області Н-ланцюга: У-гени кодують до 99 амінокислот, D-гени від 100 до 107 амінокислот.

Для Н-ланцюгів ІГ виявлено 120-220 У-генів 15 D-генів і 4 j-генів. Всі гени відокремлені один від одного інтронами. Наступна особливість організації Н-генів -- наявність восьми різних СH-генів відповідно кількості класів і підкласів ІГ. В ембріональному геномі і стовбуровій клітині вони розташовуються в такій послідовності на молекулах ДНК: μ−δ-γ¹−γ²-γ³-γ⁴-ε- α¹-α². Ці гени, відокремлені інтронами, а також switch-генами -- перемикаючі гени на синтез різних класів ІГ. Друга особливість СH-генів -- наявність екзонів і інтронів. Екзони відповідають доменам СН-ланцюга. Їх кількість коливається залежно від класу ІГ від 3 до 4. Так, для ІГМ (μ-ланцюг) є 4 екзони, відповідно, С₁, С₂, С₃, С₄ для С-доменів і шарнірної ділянки. γ, α -- мають 3 екзони і відповідно 3 домени.

У процесі проліферації і диференціювання стовбурових клітин у зрілі В-лімфоцити відбувається рекомбінація генів 2-х типів.

1.Перебудова, яка веде до випадкового утворення комбінації У-генів (V, D, j), їх об'єднання з С-генами (надалі δ) -- кодується Н-ланцюг класу зрілих В-лімфоцитів (μ і δ-ланцюги). (АГ-незалежне диференціювання).

2.Перебудова, яка призводить до перемикання даної комбінації 3-х варіабельних генів (V, D, j), з синтезу Н-ланцюгів ІГγ на синтез Н-ланцюгів іншого класу, наприклад γ, ε, α (АГ-залежне диференціювання).

Схема першого типу рекомбінації з утворенням транскриптона для μ-ланцюга в зрілому В-лімфоциті. Далі вже по знайомій схемі з даного транскриптона знімається на про і-РНК з інтронами, а в процесингу вирізаються інтрони і зшиваються екзони (сплайсинг) з утворенням зрілої іРНК,синтез рецепторів ІГМ, а далі ІГD.

Другий тип рекомбінації Н-генів відбувається після активації зрілих В-лімфоцитів АГ, після чого він диференціюється в плазматичну клітину, що синтезує антитіла одного з класів. Послідовність перемикання: ІГМ-ІГМ (антитіла) або рецептори.

→ІГМ + G рецептор - G-антитіла

→ІГМ + М рецептор - М-антитіла

→ІГМ + А рецептор - А-антитіла

→ІГМ + Е рецептор - Е-антитіла

Синтез L Н-ланцюгів ІГ відбувається в цитоплазмі на різних полірибосомах. Далі вони об'єднуються в каналах ендоплазматичного ретикулуму, надходять в апарат Гольджі, остаточно дозрівають (глікозилювання-- приєднання полісахаридних залишків) надходять у вакуолі, які утворюються в апараті Гольджі і з ними дифундують до цитоплазматичної мембрани. Далі в результаті екзоцитозу або вбудовуються в мембрану (рецептор) або виділяються з клітини (секреція антитіл).

4. Характеристика класів імуноглобулінів

Концентрація окремих класів ІГ в сироватці крові є результатом установленої рівноваги між синтезом і розпадом цих молекул.

ІГG. Період напіврозпаду -- 23 доби, концентрація в сироватці -- 8-16 г/л (75% від усіх ІГ). Їм належить основна захисна функція, особливо проти грампозитивних бактерій, вірусів, їх токсинів. Афінітет ІГG до антигену зростає в ході диференціювання В-лімфоцита в плазматичну клітину. Афінітет ІГG-більше, ніж ІГМ. IГG -- єдиний з ІГ, здатний переходити через плаценту і забезпечує імунітет плоду та новонародженого.

ІГА. Концентрація в сироватці -- 1,4-4,2 г/л (16% від усіх ІГ). Період напіврозпаду -- 5-8 діб. У сироватці присутні в мономерній і димерній формі. В секретах -- виключно в димерній. Містить додатковий глікопротеїн -- секреторний компонент. Він секретується епітеліальними клітинами і здійснює зв'язок двох мономерів ІГА. Він також сприяє проходженню ІГА через мембрану клітин, підвищує стійкість до протеолізу. ІГА селективно накопичується в секретах слизових оболонок і здійснює їх захисну функцію проти інфекцій, особливо бактерій, вірусів.

ІГМ. Концентрація в сироватці -- 0,5-2 г/л (5-10 % від усіх ІГ). Період напіврозпаду, як і ІГА, -- 5-8 днів. Пентамер, з'єднаний С-кінцями обернений назовні 10 активними центрами. Але тільки 5 із них активні, через своє просторове розташування, і можуть з'єднуватися з антигеном. Синтезується в ранню фазу імунної відповіді. Утворюється в основному під впливом корпускулярних антигенів (віруси, бактерії). Завдяки полівалентності мають добрий аглютинуючий і преципітуючий ефект, а отже, покращують опсонізацію (поглинання) комплексу антиген-антитіло фагоцитами.

ІГD. Концентрація -- 0,003 г/л (0,2 % від всіх ІГ). Період напіврозпаду -- 2-8 днів. Основна функція полягає в тому, що на визначеній стадії антигензалежного диференціювання В-лімфоцита ІГD виконує роль антигенного рецептора В-лімфоцита. Імунологічні властивості сироваткового ІГD поки що невідомі. Збільшується вдвічі при вагітності.

ІГЕ або реагіни. Присутні в сироватці в найнижчих концентраціях: менше 0,001 г/л, точніше в нормі 0,00018-0,00038 г/л, тобто 180-380 нг/л. Концентрація вище 700 нг/мл (0,0007 г/л) спостерігається при патології (алергіях). ІГЕ має високу біологічну активність. Адсорбується через рецептори С-фрагменту ІГ переважно на базофілах, тучних клітинах із виділенням біологічно активних речовин (гістамін, серотонін). У нормі ІГЕ бере участь в захисті проти копрускулярних антигенів і багатоклітинних паразитів. При патології він бере участь у алергічних реакціях. ІГЕ, як і ІГА, секретується в основному в слизові оболонки, там його концентрація вище порівняно з кров'ю.

Контрольні питання:

1.Як кодуються варіабельна і константна частина ланцюгів антитіл.

2.Охарактеризувати класи імуноглобулінів.

ЛІТЕРАТУРА

Основна:

1.Імунологія : Підручник / А. Ю. Вершигора, Є. У. Пастер, Д. В. Колибо та ін.; Передм. С. Комісаренка ; за заг. ред. Є. У. Пастера. -- К. : Вища шк., 2005. -- 599 c.

2.Ройт А. Иммунология. Пер. с англ. / Ройт А., Бростофф Дж., Мейл Д. -- М. : Мир, 2000. -- 592 с.

3.Скок М. В. Основи імунології : Курс лекцій / М. В. Скок. -- К. : Фітосоціоцентр, 2002. -- 152 с.

4.Дранник Г. Н. Клиническая иммунология и алергология : пособие для студентов, врачей-интернов, иммунологов, аллергологов, врачей лечебного профиля всех специальностей; 4-е изд., доп. / Г. Н. Дранник -- К. : 2010. -- 552 c.

Додаткова:

1.Ярилин А. А. Основы иммунологии : учебник / А. А. Ярилин. -- М. : Медицина, 1999. -- 608 с.

2.Якобисяк М. Імунологія / Якобисяк М. -- Вінниця : НОВА КНИГА, 2004. -- 672 с.

3.Хаитов Р. М. Иммунология : учебник / Хаитов Р. М., Игнатьева Г. А., Сидорович И. Г. -- М. : Медицина, 2000. -- 432 с.

4.Сапин М. Р. Иммунная система человека / Сапин М. Р., Этинген Л. Е. -- М. : Медицина, 1996. -- 304 с.

5.Иммунологические методы / под ред. Х. Фримеля. Пер. с нем. -- М. : Медицина, 1987 . -- 472 с.

6.Імунологія: навчально-методичний посібник до лабораторних занять для студентів освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр» напряму підготовки «Біологія» / Фролов О. К., Копійка В. В., Федотов Є. Р., Литвиненко Р. О. - Запоріжжя: ЗНУ, 2014. - 83 с.